穿透一切物質的“幽靈粒子”
是否能夠透視宇宙的深處？

諾貝爾物理學獎得主
小柴昌俊
寫給大家的中微子天體物理學讀本

用中微子探索宇宙深處的秘密
講述從“差生”到“諾貝爾物理學獎得主”的成長故事

本書是諾貝爾物理學獎得主小柴昌俊先生關於“用中微子探索未知宇宙”的科普作品。書中以連接極小粒子世界與極大宇宙的“幽靈粒子”——中微子為線索，通俗講解了基本粒子的發現、恆星的結構與演化等內容，並從實驗角度展現了當前物理學對深層自然之謎的追求與探索。此外，作者還講述了自己從“差生”到“諾貝爾物理學獎”得主的成長歷程，以及從零開始構思、建造“神岡探測器”的經驗心得。本書是用新思維去認識宇宙的科普佳作，也是一本了解科學方法與諾貝爾獎大師思考方式的啟發式讀物。

小柴昌俊（Koshiba Masatoshi）

1926年生於日本愛知縣，畢業於日本東京大學理學院物理繫，之後就讀於美國羅切斯特大學研究生院，並獲得哲學博士和理學博士學位。歷任東京大學、東海大學理學院教授，其間還曾兼任德國電子同步加速器研究所（DESY）及歐洲核子研究中心（CERN）客座教授等要職。東京大學名譽教授。
1987年，其領導的實驗團隊利用神岡探測器觀測到了世界首例來自超新星的中微子。曾獲得日本仁科紀念獎、朝日獎、文化功勞者獎、日本學士院獎、日本文化勛章、沃爾夫獎等殊榮。

2002年，因其在“中微子天文學”領域做出的先驅性貢獻而獲得諾貝爾物理學獎。

第 1 章與物理的相遇001
1．舊制中學的歲月002
2．舊制第一高等學校的歲月003
3．大學時代005
4．研究生時代007
5．與朝永振一郎先生的相識009
6．在美國獲得學位014
7．探究宇素構成016
8．重返芝加哥大學017
9．在東京大學擔任教師的生活021
10．“合作”與“主題”023
11．確定“進行正負電子對撞實驗”的主題024
12．前往歐洲核子研究中心028
13．讓年輕人也體會到實驗的樂趣028
14．我今後的個人規劃030

第2 章 基本粒子與奇妙之力035
1．構成物質的基礎粒子037
2．比原子更基礎的粒子037
3．如何觀測基本粒子041
4．探知帶電粒子的徑跡042
5．獲知帶電粒子的通過時間051
6．基本粒子的分類與誇克059
7．部分子064
8．基本粒子的三大家族065
9．τ子的發現066
10．誇克的“色”067
11．對基本粒子種類的探索是否就此終結？069
12．守恆定律的意義071
13．根本之法與權宜之策074
14．自然界中的各種作用力077
15．對力的統一的理解080
16．Z0 的發現081
17．標準模型理論082
18．強力083
19．重新認識強力084

第3 章 恆星的素的誕生087
素的誕生088
2．伽莫夫的伊倫學說089
3．質量比素090
4．恆星的誕生092
5．主序星094
6．紅巨星097
7．鐵芯098
8．量子力學簡並100
9．超新星101
10．中子星與黑洞104
11．質量比素與超新星爆發105
12．中微子的“職責”106

第4 章 宇宙的開端109
1．瞭望宇宙110
2．宇宙誕生模型——大爆炸理論112
3．大爆炸零點之後114
4．為什麼無法觀測到反物質？116
5．過去發生了什麼？118
6．暗物質的真相120
7．宇宙磁場121
8．驗證大統一理論的可靠性124
9．引入“暴脹宇宙”的觀點127
10．回溯宇宙大爆炸129
11．“開放宇宙”與“封閉宇宙”132

第5 章 中微子天體物理學的誕生135
1．神岡實驗136
2．來自太陽的中微子143
3．來自超新星的中微子147
4．對太陽中微子的觀測149
5．太陽母親151
6．戴維斯的測定與太陽中微子失蹤之謎153
7．中微子數量低於預期值的原因——學說一154
8．中微子數量低於預期值的原因——學說二156
9．得到認可的“中微子天體物理學”159
10．大氣中微子反常現像161

第6 章 更大的發展165
1．超級神岡探測器的登場166
2．中微子反常現像171
3．量子力學轉換175

第7 章 今後的發展方向181
1．探尋具有超低能量的中微子183
2．地球的斷層攝影183
3．南極的冰與地中海的海底184
4．DOUGHNUTS 計劃184
5．送給讀者的禮物186

術語解讀190